中美混凝土重力坝设计“对标”浅议.pdf
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1、西北水电 2 0 1 3年 第 1 期 l 3 文章编号 : 1 0 0 6 - - 2 6 1 0 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 1 3 6 中美混凝 土重 力坝设计“ 对标 浅议 冯兴中 ( 中国水电顾 问集团西北勘测设计研 究院 , 西安7 1 0 0 6 5 ) 摘要: 文章提出了中美混凝土重力坝设计规范、 标准“ 对标” 的方式; 从总体把握、 关键问题分析、 举例分析等方面进 行了“ 对标” ; i X 为二者内容、 方法基本一致。 关键词: 中美 ; 混凝土; 重力坝; 设计; “ 对标” 中图分类号: T V 6 4 2 3 文献标识码: A Di s c u s s
2、 i o n o n Co mpa r i s o n o f Co de s f o r De s i g n o f Co n c r e t e Gr a v i t y Da m b e t we e n Ch i na a n d Am e r i c a F EN G Xi n g - z h o n g ( H Y D R O C H I N A X i b e i E n g i n e e ri n g C o r p o r a t i o n , X i a n 7 1 0 0 6 5 , C h i n a ) Ab s t r a c t : i n t h e p
3、a p e r , me t h o d o f c o mp a r i s o n o f c o d e s a n d s p e c i fi c a t i o n s f o r d e s i g n o f g r a v i t y d a m b e t we e n C h i n a a n d Ame r i c a i s r a i s e d C o d e s a y e c o mp aye d i n t e r ms o f g e n e r a l c o n c e p t ,a n a l y s i s o n k e y p o i n t
4、 s a n d an a l y s i s o n e x a mp l e s ,e t c I t c o n c l u d e s t h a t b o t h e o d e s a r e c o n s i s t e n t i n c o n t e n t s a n d me t h o d s Ke y wo r d s : C h i n a Ame ri c a ;c o n c r e t e; g r a v i t y d a m;d e s i gn ;c o d e c o mp a r i s o n 中国水电工程设计走 出国门, 进入 国际市场承
5、 揽项 目日渐增多。在 国际市场上 , 由中方贷款建设 的项 目, 业主方一般能够同意按 中国的设计规范设 计, 而非中方贷款建设项 目, 业主方往往会坚持要求 按美国、 英 国或欧洲规范设计 。进入 国际市场 , 与 国 外水电建设业主的技术顾 问团队交流是重要环节 , 将 中外相关技术规范 、 标准对照进行 比较分析 , 简称 “ 对标” , 是让 国外水 电建设业主的技术顾 问了解中 国规范的好方法 , 也是中国设计人员了解 、 熟悉 国外 相关规范 , 做到心 中有数 , 乃至运用 自如的有效途 径 。 1 “ 对标” 比较分析的方式 如何 “ 对标” , 有较 大的探讨空间 , 笔者
6、认为 , 根 据不同的 目的, “ 对标” 可 以有 3种方式 。 第 1 种, 是为了便于外国人阅看。无论按那种 规范设计 , 建设方及设计人员都会以自己比较熟悉 收稿 日期 : 2 0 1 3 - 0 1 1 4 作者简介: 冯兴中( 1 9 5 5 一) , 男, 湖北省房县人, 教授级高工, 从 事水工结构科研、 咨询工作 的规范与对方的规范进行 比较 。以混凝土重力坝设 计为例, 将 中国 混凝土重力坝设计规范 D L 5 1 0 8 -1 9 9 9 ( 简称 : 中国 D L 5 1 0 8规 范) 与美 国 重 力坝设计 E M 1 1 1 0 2 2 2 0 0手册 ( 简称
7、 : 美 国手 册 ) 作为比较分析 的基本 文本 , 比较 的顺序及 内容 以美 国手册 中的顺序 、 内容为准。虽然这样会将 中 国D L 5 1 0 8 规范条文拆散, 显得有点凌乱, 但外国人 看 自己熟悉的美国手册就方便 了。 为了有利于总体把握 , 对美国手册基本不漏章 节 , 但对于两者对应论述基本一致 , 且一看就知道区 别所在的内容只扼要介绍 , 不进行 比较分析。对 中 国 D L 5 1 0 8规范里有论述 , 而美 国手册却没有对应 内容 的部分 , 视重要程度详略得当地扼要说 明。对 美国手册里论述较详细 , 中国 D L 5 1 0 8规范却没有 相应条文的情况,
8、对认为重要的部分重点分析。如 美国手册“ 4 5 抗倾覆稳定性” , 中国 D L 5 1 0 8 规范 里仅一句话“ 8 1 2必要时进行抗浮、 抗倾验算” , 应 回答“ 必要时” 验算公式采用的依据。 把各 自只有原则规定 , 设计 时要引用其它规范 的相关内容纳人比较, 以便有利于设计配套。特别 是当美国手册里有具体规定, 中国 D L 5 1 0 8规范里 1 4 冯兴 中 中美混凝 土重力坝设计 “ 对标 ” 浅议 是要求引用其它规范 时, 应重点 引用来 对 比分析。 如美国手册里对地震作用及分析规定较多且具体 , 而中国 D L 5 1 0 8规范在 9 1 2规定 : 地震作
9、用组合 下的偶然状况应符合 水工建筑物抗震设计规范 D L 5 0 7 3的有关规定 。这就需将规范 D L 5 0 7 3里的 条文与美 国手册对应 比较分析。 当中国 D L 5 1 0 8规范里是具体规定 , 美 国手册 里是要求引用其它规范时 , 由于我们掌握 的美国规 范较少 , 难免会 出现对应该引用的内容却无法纳入 比较的情 况。如美 国手册里对 “ 基础处理” 要求 引 用其它规范。我们也应 尽量收集相关规 范进行 比 较。 美国手册里有对 已建坝的复核等 , 虽然 中国 D L 5 1 0 8规范里没有 , 因其不影 响重力坝设计 , 就不必 解释。二者都有碾压混凝土坝 ,
10、但都不是重点 , 也就 不纳人 比较。 这种“ 对标” 几乎是两本规范合成一本 , 且有 比 较分析 , 无疑是页数较多的一本小册子 。 第 2种 , 仅向外 国技术人员介绍 、 解释二者 的特 色 、 共同点和相异之处 , 不 需要逐章逐节对应 的 内 容 。 第 3种 , 在逐章逐节对应分析的基础上 , 为了中 国工程技术人员 自己心里清楚 , 使用方便。本文 的 “ 对标” 就属这一种类型。 2 对中美规范 、 手册的总体把握 2 1 对不同篇章结构、 表述方式的比较 中国 D L 5 1 0 8 规范内容: 重力坝布置; 坝 体结构和泄水建筑物型式 ; 泄水建筑物的水力设 计; 结构计
11、算基本规定; 坝体断面设计; 坝 基处理设 计 ; 坝体 构造 ; 坝体 防裂及温 度控 制 ; 观测设计。 美国手册内容 : ( 1 )一般设计考虑 ; ( 2 )设计基础数据( 包括荷载) ; ( 3 )稳定性分析( 荷载组合、 坝体剖面、 稳定性 标准、 抗倾覆稳定性、 抗滑稳定性、 基底压力) ; ( 4 )应力分析( 静力和动力) ; ( 5 )大体积混凝土温度控制 ; ( 6 ) 重力坝的布置、 设计及施工考虑( 收缩缝 及施工缝、 止水、 溢洪道、 溢洪道桥、 溢洪道闸墩、 泄 水工程、 基础灌浆及排水、 廊道、 检测仪器) 。 二者涉及 内容基本一致 。其篇章结构不 同、 表
12、述方式不同之处为 : 中国 D L 5 1 0 8规范由布置开始 , 结合有 利于布置。然后与美国手册的( 3 ) ( 4 ) 对应。 美国手册的( 1 ) 中“ 2 5确定基础强度参数” 要 引用3个其它规范。( 2 ) 中讲材料选择和荷载规 定 , 在( 2 ) 中“ 3 1 混凝土性质 , 3 2基础性质” 的内 容 , 与中国 D L 5 1 0 8规范表达方式不同。 2 2 对各重点详述部分的比较 ( 1 )中国 D L 5 1 0 8规范有具体规定, 美国手册 里只原则规定 , 要引用其它规范的内容 中国D L 5 1 0 8 规范的“ 坝体结构和泄水建筑物 型式、 泄水建筑物 的
13、水力设计” 两章, 在美 国手册 中 除“ 一般设计考虑” 章节的一段话 “ 泄水工程和溢洪 道 的尺寸与型式。在设计初期 , 泄水工程 和溢洪道 的尺寸与型式的设定应考虑到所有相关专业 。这些 要素会很 大 程度 上 影 响到 坝 的轮廓 以及施 工 顺 序。 ” 在“ 设计及施工考 虑” 章节中有 “ 溢洪道 、 溢洪 道桥 、 溢洪 道 闸墩 、 泄水 工程”的原则 性规定 。在 “ 3 3 荷载中当溢洪道设计采用 的水头 明显低 于可 能最大水头时” 及“ 7 4溢洪道中要求引用 E M1 1 1 0 2 1 6 0 3 ( 溢洪道水力设计 ” 。 中国 D L 5 1 0 8规范对“
14、 坝基处理设计” 用 了一 章 的篇幅 , 给予具体规定。美 国手册 在“ 设计及 施 工考虑” 章节对 “ 基础灌浆及排水 ” , 要求引用其它 专业规范。 与中国 D L 5 1 0 8规范“ 8 4作用及材料性能标 准值” 对应 的美 国手册“ 2 5 、 3 1 、 3 2均要 引用其 它规范” 。 中国 D L 5 1 0 8规范第 1 2章不仅对温控定性规 定多且具体 , 而且在附录 G给出了计算方法 。美国 手册温控 “ b 一 3热量研究 ” 虽然论述不少 , 但具体设 计步骤要见 A C I 2 0 7 。 ( 2 )美 国手册有具体规定 , 中国 D L 5 1 0 8规范
15、 只原则规定 , 要引用其它规范的内容 美 国手册对地震作用及分析规定较多, 而 中国 D L 5 1 0 8规范在 9 1 2规定 : 地震作用组合下 的偶 然状况应符合 D L 5 0 7 3 ( 水工建筑物抗震设计规范 的有关规定 。 美国手册对荷载规定较多 , 而 中国 D L 5 1 0 8规 范在8 4 1 款要求: 作用标准值和偶然作用的代表 值, 应按照 D L 5 0 7 7 水工建筑物荷载设计规范 的 西北水电 2 0 1 3年 第 1 期 l 5 规定确定。 ( 3 )按照同等重要程度 , 将各必须引用的规范 集中在表 1中。 表 1 使用 中、 美两规范分别需要引用 的
16、其他规范 表 规范 种 类 需 要 I用的 其他 主 要 规 范 2 - 5 确 定 基础 强 度 参 数d 设 计 抗剪 强度, 初 步设 计阶 段抗 剪强 度日 I 用 美国垦务局报告s P 一 3 9 3 1 混凝主 性质, 参见A S T N C 9 确定强度混凝土抗压强度 3 - 3 荷 载, 溢 流 坝 段 设计 g 用E M 1 1 1 0 2 一 l 6 o 3 溢 洪 道 水力 设i 十 美国手册 3 3 荷载h 地震, 弓 【 用E R 一 1 l 1 O 一 1 8 0 6 ( 工程师团项目 采用的地震设计 和分析 6 - 4 温 度 控 制 法, 引 用A C I 2
17、0 7 1 大 坝 和 其 它 大 体 积 混 凝 士 7 7 泄 水 工 程 的 结 构 设 计, 参 见E M I I 1 0 2 - 2 4 0 0 7 - 8 基 础 灌 浆 及 排 水, g I 用E M l 1 1 O 一 2 3 5 嘶 基 础 灌 浆 导 则 D L s o 7 3 水工 建筑物抗震 设计规范 及水电 顾闽 集鄹“ 水电规计 中 国D L 5 1 0 8 2 0 0 8 2 4 附 件 水 电 工程 防 震抗 震研 究 设计 及专 题报 告编 制暂 行规 规范 定 D L 5 0 7 7 ( 水工建筑物 荷载设计规范 2 3各 自的特色 中国 D L 5 1 0
18、 8规范第 6, 7章对泄水建筑物及其 型式与坝体关系、 水力计算论述详 细。泄水建 筑物 与坝体布置有内在关系, 详细论述、 具体规定有利于 布置 ; 第 1 0章坝基处理设计 , 论述详细 ; 第 1 1章坝 体构造 , 各节均有详细规定 , 特别是 “ 1 1 5大坝混凝 土材料及分区” 和“ 1 1 5 4大坝混凝土抗渗 等级 ” 便于设计人员操作 。均不需另找其它规范。 美国手册对荷载有具体规定。对扬压力 、 地震、 抗倾覆稳定性进行 了详细论述和规定。抗滑稳定性 分析分别按“ 多楔体” “ 单平面破坏” 论述 。第 5章 对静 、 动力分析也论述得很具体 。 中国 D L 5 1
19、0 8规范编写顺序与设计对应。美 国 手册把泄水部分 ( 溢洪道 、 溢洪道桥 、 溢洪道 闸墩 、 泄水工程 ) 放在后面, 且要引用 3个其它规范。 3 对几个关键 问题 的 比较分 析 3 1 混凝土强度等级的比较 中国 D L 5 0 7 3 2 0 0 0 水 工建筑物抗 震设计规 范 6 1 7 : 地震作用下重力坝的抗压强度有较大安 全裕度, 对坝体混凝土等级并不起控制作用。 文献 3 指出: 美国重力坝混凝土 的压应力通 常都远小于混凝土的抗压强度。因此抗压强度极少 有 问题 。但是抗拉强度一般要有 限制标准。 美 国混凝土强度没有标准值与设计值的说法 , 以规定 的混凝土抗压
20、强度 确定凝土强度等级 , 通 过取用的系数调节混凝土强度的裕度 。混凝土等级 是抗力的基础 , 了解二者 的区别 , 许 多内容 就易相 通。所以, 混凝土强度等级的比较是最基本的部分 。 在美国垦务局发布的 混凝土手册 ” 里, 规 定 的抗压强度 = 2 0 0 0 6 0 0 0 p d i 共 9个等级 , 每 个级差为 5 0 0 p d i 。 = 3 0 0 0 p d i ( 磅 平方英寸 ) 约 为 2 0 6 8 MP a ; 中国 的 是 混凝 土强度 等级 , 如 = 2 5 MP a以 C 2 5表示。不同等级的 与中国的 混凝土强度等级 C I OC 6 0对应关
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